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细胞内生物化学活动的间隔分离十分必要，否则正在进行的数百种化学反应会发生严重的相互干扰。
原核生物没有内膜，它通过将特定的酶聚合成多蛋白复合体来解决这个问题。
多蛋白复合物可以在细胞内作为游离物质发挥作用。
对于真核生物而言，它们将不同的代谢过程限制于不同的被膜区域内。
真核细胞的主要内膜系统是内质网，它在细胞内构建了一个庞大的网络。
在细胞膜内，除细胞核之外的所有物质统称为细胞质（如图5a、5b所示）。
细胞质基质是溶解于水中的复杂混合物，如同一碗非常拥挤的“分子汤羹”
，细胞内所有物质均被细胞质基质所包围。
图5细胞内膜及其结构
a.核被膜将细胞核与细胞质间隔开，细胞质中含有包括线粒体与内质网在内的其他细胞器；b.一个被附着在内质网表面的螺旋状多聚核糖体包围的线粒体；c.核孔复合体（箭头所指位置）；d.高尔基体，由大量的膜堆叠而成
细胞器
线粒体与植物的叶绿体这两种细胞器具有双层而非单层的膜结构。
这很可能是某种生物残留的结果，即在细胞进化的早期，这两种细胞器曾是自由活动的生命体，当它们被整合进一个更大的细胞时，其细胞膜被宿主细胞完全包裹。
线粒体与叶绿体均含有DNA，这进一步证明了它们曾是独立的生命体。
关于叶绿体与线粒体是如何成为真核细胞的一部分的，目前共有两种理论：其一，它们可能“入侵”
了真核细胞；其二，它们被一个更大的细胞所吞噬，进而形成一种双方受益的关系。
真核细胞提供了一个“安全”
的环境，而线粒体产生的能量则被宿主细胞所获取。
在植物细胞中，叶绿体还可通过光合作用产生葡萄糖。
在线粒体中，能量是由葡萄糖通过氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）过程产生的，氧化磷酸化过程发生在线粒体内膜表面（又称为嵴，如图5b所示）。
在叶绿体中，葡萄糖是由光合作用酶催化产生的，这些酶位于被称为类囊体的堆叠膜结构中（如图4所示）。
其他所有含膜细胞器统称为液泡或囊泡，它们只含有单层的双分子膜结构。
一个典型的细胞内约含有1000个这样的液泡与数量相似的线粒体。
分泌型囊泡含有激素等化学信使，可从细胞中释放。
如图2所示，核内体、溶酶体与过氧化物酶体均含有多种酶的混合物。
酶是一种蛋白质[1]，可催化化学反应。
溶酶体就像细胞的胃，其中含有水解酶，可以将生物物质分解成小分子物质，使其可为细胞所利用。
在吞噬细胞中，溶酶体还可与吞噬泡（含有细菌等被吞噬物质）相融合，进而杀死并消化这些入侵细胞的生命体。
比利时科学家克里斯蒂安·德杜夫（deDuve）发现了溶酶体，并因此获得了1974年的诺贝尔奖。
此外，他还发现了过氧化物酶体，它们可以像线粒体与叶绿体一样通过分裂的方式进行增殖，但缺乏自己的DNA。
过氧化物酶体参与了细胞内多条生化反应通路，并至少含有50种不同的酶。
它们在脂肪等物质的分解（氧化）过程中发挥了重要的作用，为动物、酵母和植物细胞提供了大量的代谢能量。
由于氧化过程的产物之一——过氧化氢具有细胞毒害作用，因此过氧化物酶体中还含有一种叫作过氧化氢酶的蛋白，它能将过氧化氢分解成水。
此外，过氧化物酶体也是几种酶的合成位点。
在肝细胞中，这些酶参与了胆汁的生成。
与大多数细胞器一样，过氧化物酶体的突变会产生严重的后果，任何严重的缺陷均可导致受精卵在经过几次分裂后无法进一步发育。
作为各种胞内小泡（如溶酶体与过氧化物酶体）的内容物，蛋白质产生于内质网膜上。
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